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    例析氧氣體積在空氣中含量的測定

    2024-08-23 00:00:00鄭興波
    中學化學 2024年7期
    關(guān)鍵詞:紅磷白磷鐵絲

    測定空氣中氧氣體積含量的實驗裝置有多樣,通常有注射器型、集氣瓶型、鐘罩型、活塞型等,涉及的原理卻相同,即在密閉容器中的某些物質(zhì)(如紅磷、銅絲、鐵粉)與氧氣反應(yīng)生成固體物質(zhì),使容器內(nèi)氣壓降低,從而出現(xiàn)某些現(xiàn)象(如水倒吸、活塞移動),最后得出空氣中氧氣的體積含量。

    測定一 紅磷(或白磷)燃燒

    例題1 (2023秋·開州區(qū)月考節(jié)選)圖1、2是對課本測定空氣中氧氣的體積分數(shù)的方法的改進裝置(提示:白磷和紅磷的化學符號相同,在空氣中燃燒的現(xiàn)象和產(chǎn)物均相同)。白磷燃燒的最低溫度只有40℃,極易燃燒消耗氧氣。

    (1)圖1實驗中,你能觀察到的現(xiàn)象是:白磷燃燒,產(chǎn)生____,U型管中A端的液面上升至刻度“1”處。該反應(yīng)的化學方程式為____。

    (2)在所有的實驗過程中,所用紅磷或白磷均要稍過量,你認為其目的是____。

    (3)若用圖2裝置實驗后集氣瓶內(nèi)的水面上升明顯小于瓶內(nèi)原空氣體積的1/5,你認為出現(xiàn)該現(xiàn)象的可能原因是____(說出一條即可)。

    (4)這些改進裝置都是先將磷封閉在密閉容器里,然后設(shè)法引燃白磷。你認為這些改進實驗的優(yōu)點是____(說出一條即可)。

    解析 (1)圖1實驗中,觀察到的現(xiàn)象是:白磷燃燒,產(chǎn)生白煙,生成五氧化二磷;反應(yīng)的化學方程式為:

    4P +5O2=點燃2P2O5

    (2)在所有的實驗過程中,所用紅磷和白磷均要過量,能夠使氧氣消耗完全。(3)若圖2裝置實驗后廣口瓶內(nèi)的水面上升明顯小于瓶內(nèi)空氣的1/5,該現(xiàn)象產(chǎn)生的合理解釋是:裝置漏氣、白磷不足等。(4)這些改進裝置都是先將磷封閉在密閉容器里,然后設(shè)法引燃磷,這些改進實驗的優(yōu)點是減小實驗誤差,更環(huán)保。

    答案:略

    測定二 銅粉(或銅絲)加熱

    例題2 (2023春·萊州市期末節(jié)選)某學習小組在用銅粉測定空氣中氧氣含量時,用氧氣傳感器測定了氧氣含量的變化情況。如圖3裝置所示進行實驗,在50 mL硬質(zhì)玻璃管內(nèi)加入足量銅粉,啟動氧氣傳感器,點燃酒精燈,反應(yīng)結(jié)束后移走酒精燈。實驗中氧氣傳感器測得的數(shù)據(jù)如圖4所示。

    (l)實驗過程時,觀察到的現(xiàn)象是____,發(fā)生反應(yīng)的化學方程式為____。

    (2)氣球的作用是____。

    (3)根據(jù)圖4中曲線,從____段(填字母)可證明實驗裝置的氣密性良好;CD段氧氣含量下降的原因是____。

    (4) DE段裝置內(nèi)氣壓____(填“變大”、“變小”或“不變”)。

    (5)充分加熱后,氧氣含量沒有降為“0”的原因可能是____。

    解析 (1)銅和氧氣在加熱的條件下反應(yīng)生成黑色的氧化銅,加熱過程中,溫度升高,裝置內(nèi)氣體受熱膨脹,壓強增大,氣球脹大,待完全反應(yīng)后,逐漸冷卻至室溫,由于消耗了氧氣,裝置內(nèi)壓強減小,故氣球縮小。現(xiàn)象是:銅粉表面逐漸變黑,氣球先膨脹后又變癟;銅和氧氣發(fā)生反應(yīng)的化學方程式是:

    2Cu+O2=△ 2CuO

    (2)加熱過程中,溫度升高,裝置內(nèi)氣體受熱膨脹,壓強增大,故氣球的作用是:緩沖氣壓(或防止橡膠塞沖出)。(3)從DE段可知,實驗裝置氣密性良好,因為如果裝置漏氣,在冷卻至室溫的過程中,外界空氣會進入,氧氣含量會升高(合理即可);CD段氧氣含量下降的原因是銅粉消耗了氧氣。(4) DE段反應(yīng)結(jié)束,溫度逐漸恢復至室溫,由于消耗了氧氣,裝置內(nèi)氣壓變小。(5)根據(jù)圖示,氧氣含量沒有降為“0”的原因可能是銅粉沒有充分平鋪,氧氣沒有被銅反應(yīng)完全。

    答案:略

    測定三 鐵粉(或鐵絲)生銹

    例題3 (2023秋·昆山市月考節(jié)選)某化學興趣小組對“空氣中氧氣含量的測定”展開探究。用鐵生銹原理測定空氣中氧氣含量。鐵制品是現(xiàn)代人類使用最多的一種金屬,實驗證明,鐵生銹是鐵與水和氧氣共同作用的結(jié)果?,F(xiàn)取3根無銹的鐵絲設(shè)計如圖5所示的3個實驗。

    實驗現(xiàn)象(1)實驗Ⅰ中鐵絲生銹,當鐵絲足量,時間足夠長,打開止水夾后,還能觀察到的現(xiàn)象是____。

    實驗結(jié)論(2)對比實驗____(填序號),可以得出鐵生銹需要氧氣。

    解析 (1)鐵絲生銹消耗了左側(cè)管內(nèi)空氣中的1/5體積氧氣,管內(nèi)氣壓減小,打開止水夾后,還能觀察到的現(xiàn)象是左側(cè)液面上升至“1”;(2)實驗Ⅰ中,鐵絲與氧氣、水反應(yīng)生成鐵銹,實驗Ⅲ中左側(cè)管內(nèi)無氧氣,鐵絲沒有明顯現(xiàn)象,所以對比實驗Ⅰ、Ⅲ,可以得出鐵生銹需要氧氣。

    答案 (1)左側(cè)液面上升至“1”;(2)Ⅰ、Ⅲ

    (收稿日期:2024 - 04 - 30)

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